看護師の勤務スケジュールの問題

看護師スケジューリング問題（NSP）、または看護師勤務表作成問題（NRP）は、看護師をシフトに割り当てる最適な方法を見つけるオペレーションズリサーチの問題であり、通常、すべての有効な解が従わなければならない一連のハード制約と、有効な解の相対的な品質を定義する一連のソフト制約があります。^{[ 1 ]}看護師スケジューリング問題の解は、他の分野の制約付きスケジューリング問題に適用できます。^{[ 2 ] [ 3 ]}

コンピュータ支援による従業員スケジューリングの研究は1950年代に遡るが、^{[ 4 ]}看護師スケジューリング問題は現在の形で1976年に2つの並行した出版物で紹介された。 ^{[ 5 ] [ 6 ]}これはNP困難であることが知られている。^{[ 1 ]}

従来、病院看護は24時間365日体制で勤務できるよう、シフト制で行われてきました。病院側には必要な勤務体制に関する制約や要件があり、看護師一人ひとりにも希望や制約があります。本稿では、病院の目標を満たし、すべてのシフトを網羅しつつ、看護師の希望をできる限り尊重する勤務スケジュールを見つけることを課題とします。

この問題は看護職に限ったことではない。シフト勤務の計画を立てる必要がある他のあらゆる職業や状況にも当てはまる。

スケジュールを作成するということは、そのスケジュールの構成方法に関する特定の制約を満たそうとすることを意味します。制約には2種類あります。スケジュールが有効であるためには必ず満たさなければならない「厳密な制約」と、望ましいものの必須ではない「緩やかな制約」です。

病院の方針によっては、個々の看護師の希望は、緩やかな制約^{[ 7 ]}として扱われる場合もあれば、厳しい制約^{[ 8 ]として扱われる場合もある。}

厳しい制約には、物理​​的な制限や法的要件などが含まれる場合があります。考えられる厳しい制約の例としては、以下のようなものがあります。

• すべてのシフトで看護師の配置が必要です。
• 看護師は同時に複数のシフトで働くことはできません。
• 看護師は1日に24時間以上、または1週間に7日以上働くことはできません。
• 看護師は、法律で定められた日数を超えて連続して勤務してはならない。
• 看護師は勤務シフトの間に法律で定められた休息時間を取らなければならないが、^{[ 9 ]}これは地方の市や州の条例によって大きく異なる。
• 新たに免許を取得した看護師は、必ず経験豊富な看護師とペアを組まなければならない。
• 常に1名の担当看護師が勤務していなければならない。
• 特定のシフトは、特別な資格を持つ看護師が担当しなければならない。^{[ 10 ]}

ソフト制約には、病院の方針や看護師の好みなどが含まれます。考えられるソフト制約の例としては、以下のようなものがあります。

• すべての看護師は、ほぼ同じ数の週末勤務を行うべきである。
• 看護師は全員、勤務シフトにおいてほぼ同じ難易度の業務を担当すべきである。
• 看護師は、間に休息日を挟まずに日勤と夜勤を続けて勤務すべきではない。
• ある看護師は、勤務日を全て連続で、休日も全て連続で取得することを好む。
• ある看護師は、2日連続勤務は避け、間に1日休みを取ることを希望している。
• ある看護師は、その日は託児所がないため、毎週水曜日は勤務することができません。
• 2人の看護師は、お互いにうまく連携できると感じており、一緒に勤務するスケジュールを組んでほしいと希望している。

この問題の解決には、数学的に厳密な解法^{[ 7 ]}と、分解^{[ 11 ]} 、並列計算^{[ 11 ] [ 12 ]} 、確率的最適化[ 1 ] 、遺伝的アルゴリズム^{[ 7 ]} 、コロニー最適化[ ^{7 ]}、シミュレーテッドアニーリング^{[ 7} ] 、量子アニーリング^{[ 7 ]}、タブーサーチ[ ^{7 ] 、}座標降下法^{[ 12 ] [ 14 ]}を用い^{たさまざまなヒューリスティックな解法を含む}、さまざまな手法が^{用いられてい}ます。

Burke et al . (2004) ^{[ 15 ]}は、看護師の勤務表作成問題に関する学術研究の現状をまとめ、当時発表されたさまざまな解決策を簡単に紹介しました。

• 割り当て問題
• 制約プログラミング
• 従業員スケジュール管理ソフトウェア

• Wayback Machineに保存されている、CGAを使用してNSPを解決する方法に関する研究（2012年2月6日アーカイブ）
• なぜ人のスケジュール調整は難しいのか？
• 看護師の勤務スケジュール問題のための無料ソルバー
• インタラクティブな看護師スケジュールシミュレーター– 看護師のローテーションにおける制約充足ヒューリスティックを実演するライブプレイグラウンド。